專利名稱：中孔煤基活性炭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活性炭技術(shù)領(lǐng)域，是一種中孔煤基活性炭及其制備方法。
背景技術(shù)：
活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的炭質(zhì)吸附材料，它具有吸附性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，近年來隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，國內(nèi)外活性炭的需求量越來越大，活性炭的發(fā)展也越來越迅速。尤其是煤質(zhì)活性炭的發(fā)展，其原因一方面是由于煤炭資源的儲(chǔ)量十分豐富、成本較低，另一方面是由于煤基活性炭技術(shù)的成熟和進(jìn)步，使得以煤為原料來制備活性炭的研究也越來越突出。目前一些研究者，主要把目光定在追求高比表面積、高吸附性能的活性炭制備方面。其中，邢寶林等人以太西無煙煤為原料，KOH為活化劑，采用化學(xué)活化法制得比表面積為3215m2/g、碘吸附值達(dá)2884mg/g、亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)548mg/g的高比表面積煤基活性炭。羅道成等以褐煤為原料，磷酸為活化劑，硫酸為添加劑，采用炭活化一步法制備活性炭，活性炭強(qiáng)度為88.2%，比表面積為1158.6m2/g、碘吸附值為946.5mg/g、亞甲基藍(lán)吸附值為203.4mg/g。陳占軍把高變質(zhì)程度的無煙煤與低變質(zhì)的煙煤混合，以煤焦油為粘結(jié)劑，然后成型，選用水蒸汽為活化劑，制得柱狀顆?；钚蕴亢筒欢ㄐ翁浚浔缺砻娣e為IOOOmVg左右，苯吸附值30%至35%，碘吸附值1000mg/g左右。從前人的工作中，我們可以看到制備高比表面積的活性炭的發(fā)展主要集中在以下幾方面:一方面是選用優(yōu)質(zhì)的無煙煤為原料，采用KOH等化學(xué)活化法，再經(jīng)炭化、活化制得高比表面積的活性炭；另一方面是采用優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)煤混捏成型等技術(shù)，制得一定形狀的活性炭。使用化學(xué)法制得的活性炭，對(duì)設(shè)備有較嚴(yán)格的要求，也增加了一定的投資成本，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。利用配煤法制 備活性炭，對(duì)煤質(zhì)的要求極其嚴(yán)格，所耗費(fèi)的成本較高，制備工藝技術(shù)較復(fù)雜。眾所周知，活性炭擁有十分發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)小分子物質(zhì)的吸附有極好的效果。但是，當(dāng)吸附質(zhì)為聚合物、染料或維生素等有機(jī)物大分子時(shí)，微孔則失去了吸附功能，只有大、中孔才能吸附這些大分子物質(zhì)。所以，對(duì)活性炭的中孔孔徑的研究是必不可少的。郝麗娜等人有采用硝酸錳和硝酸銅為添加劑，催化制備了含金屬氧化物的中孔活性炭。朱文魁等人以太西煤和大同煤為原料，在配煤的基礎(chǔ)上，添加鎂鹽和硝酸鹽復(fù)合催化劑，發(fā)現(xiàn)添加劑有利于促進(jìn)活性炭中3nm至4nm的中孔孔徑的發(fā)育。由前人的工作發(fā)現(xiàn)，在制備活性炭時(shí)，利用配煤技術(shù)或者是添加催化劑，對(duì)發(fā)展活性炭中孔是十分有效的。但是，配煤煤質(zhì)的嚴(yán)格要求、配煤比例的篩選及其復(fù)雜的工藝條件，使配煤法制備中孔活性炭有了一定的局限性，同時(shí)也增加了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和一定的生產(chǎn)成本。而復(fù)合催化劑間的配合性、擬配比的研究，致使實(shí)驗(yàn)具有許多不確定性，也很難解釋清楚復(fù)合催化劑中哪種元素或是哪種化合物促進(jìn)了孔徑的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種中孔煤基活性炭及其制備方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有中孔活性炭制備方法中對(duì)媒質(zhì)要求很高、工藝條件復(fù)雜、重復(fù)性差和生產(chǎn)成本高的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:一種中孔煤基活性炭，按下述步驟得到:第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤?，使熱解管中物料的溫度達(dá)到400°C至600°C，在溫度為400°C至600°C下恒溫I h至4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C至1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)?，按每千克反?yīng)原料中通入流速為0.7千克/h至1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后得到中孔煤基活性炭。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:一種中孔煤基活性炭的制備方法，按下述步驟進(jìn)行:第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤埽篃峤夤苤形锪系臏囟冗_(dá)到400°C至600°C，在溫度為400°C至600°C下恒溫I h至4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C至1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)?，按每千克反?yīng)原料中通入流速為0.7千克/h至1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后得到中孔煤基活性炭。下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):上述催化劑為尿素或硝酸銨或Ni (NO3) 2 6H20或Fe (NO3) 3 9H20。上述第三步中，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后，停止向熱解管中通入水蒸汽，同時(shí)向熱解管中持續(xù)通入氮?dú)饫鋮s至室溫后得到中孔煤基活性炭。上述第二步或/和第三步中熱解管的加熱速率為5°C /min至20°C /min。上述氮?dú)獾牧魉贋?00mL/min至400mL/min ;或/和，水蒸汽的溫度為250°C至400。。。本發(fā)明通過單一煤種為原料，在單一催化劑的催化作用下，采用水蒸汽活化法直接一步制得中孔煤基活性炭，避免了對(duì)煤質(zhì)的苛刻要求和復(fù)合催化劑間的配合不確定性，具有工藝簡單、對(duì)設(shè)備的要求低、原料來源豐富、所得的中孔煤基活性炭比表面積大、中孔容大和吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。


附圖1為本發(fā)明中孔煤基活性炭與在本發(fā)明的原料中不加催化劑制成的空白樣的吸(脫)附等溫曲線對(duì)比圖。附圖2為本發(fā)明中孔煤基活性炭與在本發(fā)明的原料中不加催化劑制成的空白樣的BJH孔徑對(duì)比分布圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1，該中孔煤基活性炭按下述步驟得到:第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤?，使熱解管中物料的溫度達(dá)到400°C至600°C，在溫度為400°C至600°C下恒溫I h至4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C至1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)?，按每千克反?yīng)原料中通入流速為0.7千克/h至1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后得到中孔煤基活性炭。實(shí)施例2，該中孔煤基活性炭按下述步驟得到:第一步，將煤破碎至20目或100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3或100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤埽篃峤夤苤形锪系臏囟冗_(dá)到400°C或600°C，在溫度為400°C或600°C下恒溫I h或4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C或1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)?，按每千克反?yīng)原料中通入流速為0.7千克/h或1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C或1000°C下恒溫I h或5h后得到中孔煤基活性炭。實(shí)施例3，作為上述實(shí)施例的優(yōu)化，實(shí)施例3的催化劑為尿素或硝酸銨或Ni (NO3) 2 6H20 或 Fe (NO3) 3 9H20。實(shí)施例4，與上述實(shí)施例的不同之處在于，實(shí)施例4的第三步中，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后，停止向熱解管中通入水蒸汽，同時(shí)向熱解管中持續(xù)通入氮?dú)饫鋮s至室溫后得到中孔煤基活性炭。實(shí)施例5，作為上述實(shí)施例的優(yōu)化，實(shí)施例5的第二步或/和第三步中熱解管的加熱速率為 5°C /min 至 20°C /min。實(shí)施例6，作為上述實(shí)施例的優(yōu)化，實(shí)施例6中氮?dú)獾牧魉贋閘OOmL/min至400mL/min ;實(shí)施例7，作為上述實(shí)施例的優(yōu)化，實(shí)施例7中水蒸汽的溫度為250°C至400°C。下面是對(duì)上述實(shí)施例得到的中孔煤基活性炭與現(xiàn)有技術(shù)得到的中孔活性炭的平均數(shù)據(jù)對(duì)比如下:
本發(fā)明得到的中孔煤基活性炭與現(xiàn)有技術(shù)得到的無煙煤中孔活性炭的平均數(shù)據(jù)對(duì)比如表I所示。表權(quán)利要求
1.一種中孔煤基活性炭，其特征在于按下述步驟得到:第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤?，使熱解管中物料的溫度達(dá)到400°C至600°C，在溫度為400°C至600°C下恒溫I h至4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C至1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)猓疵壳Э朔磻?yīng)原料中通入流速為0.7千克/h至1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后得到中孔煤基活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中孔煤基活性炭，其特征在于催化劑為尿素或硝酸銨或Ni (NO3) 2 6H20 或 Fe (NO3) 3 9H20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中孔煤基活性炭，其特征在于第三步中，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后，停止向熱解管中通入水蒸汽，同時(shí)向熱解管中持續(xù)通入氮?dú)饫鋮s至室溫后得到中孔煤基活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的中孔煤基活性炭，其特征在于第二步或/和第三步中熱解管的加熱速率為5°C /min至20°C /min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的中孔煤基活性炭，其特征在于氮?dú)獾牧魉贋閘OOmL/min至400mL/min ;或/和,水蒸汽的溫度為250°C至400°C。
6.一種中孔煤基活性炭的制備方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行:第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中持續(xù)通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤?，使熱解管中物料的溫度達(dá)到400°C至600°C，在溫度為400°C至600°C下恒溫Ih至4h ;第三步，繼續(xù)加熱熱解管，使熱解管中物料的溫度達(dá)到800°C至1000°C，然后停止向熱解管中通入氮?dú)?，按每千克?應(yīng)原料中通入流速為0.7千克/h至1.2千克/h的水蒸汽計(jì)向熱解管中持續(xù)通入水蒸汽，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后得到中孔煤基活性炭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中孔煤基活性炭的制備方法，其特征在于催化劑為尿素或硝酸銨或 Ni (NO3) 2 6H20 或 Fe (NO3) 3 9H20。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的中孔煤基活性炭的制備方法，其特征在于第三步中，在溫度為800°C至1000°C下恒溫I h至5h后，停止向熱解管中通入水蒸汽，同時(shí)向熱解管中持續(xù)通入氮?dú)饫鋮s至室溫后得到中孔煤基活性炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的中孔煤基活性炭的制備方法，其特征在于第二步或/和第三步中熱解管的加熱速率為5°C /min至20°C /min。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8或9所述的中孔煤基活性炭的制備方法，其特征在于氮?dú)獾牧魉贋?00mL/min至400mL/min ;或/和，水蒸汽的溫度為250°C至400°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及活性炭技術(shù)領(lǐng)域，是一種中孔煤基活性炭及其制備方法；按下述步驟得到第一步，將煤破碎至20目至100目的顆粒狀煤，破碎后的顆粒狀煤和催化劑按質(zhì)量比為100:3至100:7稱取并混合均勻成反應(yīng)原料；第二步，把反應(yīng)原料放置在熱解管中，在熱解管中通入氮?dú)獠⒓訜釤峤夤?，使熱解管中物料的溫度達(dá)到400℃至600℃。本發(fā)明通過單一煤種為原料，在單一催化劑的催化作用下，采用水蒸汽活化法直接一步制得中孔煤基活性炭，避免了對(duì)煤質(zhì)的苛刻要求和復(fù)合催化劑間的配合不確定性，具有工藝簡單、對(duì)設(shè)備的要求低、原料來源豐富、所得的中孔煤基活性炭比表面積大、中孔容大和吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C01B31/10GK103204502SQ20131014746
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者李志娟, 周岐雄, 劉衛(wèi)娜, 耿莉莉 申請(qǐng)人:新疆大學(xué)